鄭西鐵路函谷關(guān)特大橋檢測方法
2015-05-21
1、 序言
我局管段ZQ2標(biāo)主要位于失陷性黃土分布區(qū)，失陷性土層厚度在10～25米，部分地段失陷性黃土厚度大于25米。根據(jù)設(shè)計(jì)院施工圖設(shè)計(jì)，11座特大、大橋樁基承載力均以樁周身摩擦力為主，并且根據(jù)失陷性黃土的特性，樁頂至失陷性黃土段還會(huì)產(chǎn)生負(fù)摩擦力，因此針對(duì)以上特性，擬準(zhǔn)備對(duì)本標(biāo)段內(nèi)所有橋在開工前進(jìn)行鉆孔灌注樁的泥漿級(jí)配、水下混凝土級(jí)配、成孔、成樁等工藝進(jìn)行驗(yàn)證檢驗(yàn)。
根據(jù)施工圖中已確定的試樁數(shù)量和位置，再結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況，對(duì)各橋位不同地段進(jìn)行試驗(yàn)性施工工藝的驗(yàn)證，同時(shí)結(jié)合鄭西公司工藝性試驗(yàn)的推進(jìn)計(jì)劃進(jìn)行。
函谷關(guān)特大橋鋼筋混凝土灌注樁砼標(biāo)號(hào)為C30，第一根試樁為4號(hào)試樁，有效樁長為38m，樁徑為1250㎜。按設(shè)計(jì)文件及有關(guān)規(guī)范確定的試驗(yàn)內(nèi)容為：單樁豎向靜載試驗(yàn)，加載最大值為10220KN；單樁水平靜載試驗(yàn)。
2、檢測內(nèi)容、檢測方法及檢測工作量
2.1 檢測內(nèi)容
按國家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范及規(guī)定采用單樁豎向靜載試驗(yàn)進(jìn)行承載力試驗(yàn)，以確定單樁極限承載力。
2.2 檢測方法
2.2.1 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)；
2.2.2 單樁水平靜載試驗(yàn)；
2.2.3 低應(yīng)變值測定
2.3 檢測工作量
2.3.1 單樁豎向抗壓載荷試驗(yàn)1根樁；
2.3.2 單樁水平靜載試驗(yàn)1根樁。
3、錨樁設(shè)計(jì)及試樁樁帽加固
3.1 錨樁設(shè)計(jì)依據(jù)
本次錨樁設(shè)計(jì)以函谷關(guān)特大橋4號(hào)試樁為依據(jù)。試樁樁徑1250mm，有效樁長38m。主筋為φ20鋼筋，預(yù)留筋長度1.00m；加勁筋φ16，螺旋筋φ10。試樁承載力設(shè)計(jì)值為5110kN。
3.2 錨樁設(shè)計(jì)
3.2.1錨拉鋼筋規(guī)格及數(shù)量
試驗(yàn)荷載為10220KN，安全系數(shù)1.2，即設(shè)計(jì)總抗拔力為12264KN,每樁3066KN。試樁主筋為φ20鋼筋，錨樁主筋采用φ25鋼筋。
錨筋計(jì)算：3066KN/（12.5mm×12.5mm×π×335N/mm2）÷1000=18.6根，建議采用20根φ25。
加勁筋φ16@2000，螺旋筋φ10@200。
3.2.2錨樁長度
錨樁直徑同試樁。
試驗(yàn)荷載10220kN，即4根錨樁需要的總抗拔力為10220kN。試驗(yàn)承載力設(shè)計(jì)值為5110kN，試樁總樁周側(cè)面積為149.23m2，估算平均側(cè)阻力34.24KPa。根據(jù)以往試驗(yàn)資料及樁基技術(shù)規(guī)范，樁的抗拔系數(shù)（即抗拔側(cè)阻力與抗壓側(cè)阻力的比值）為0.5-0.8，本工程按0.6計(jì)算，需要的樁總側(cè)面積為497.47m2，每樁124.37m2，即樁長為31.67m，另外考慮錨樁的總重量約3886kN左右，綜合計(jì)算建議錨樁的長度為30m。在滿足試驗(yàn)的前提下，為節(jié)約鋼筋，上部20m為20φ25，下部10m為10φ25。
試驗(yàn)采用的設(shè)備為主梁長度10m，次梁長度7m，基準(zhǔn)梁長度6.00m（為20號(hào)工字鋼），最大加載能力15000kN。試樁與錨樁平面布置圖、錨樁結(jié)構(gòu)詳圖詳見附圖。
3.2.3試樁樁帽加固
由于試樁長度大，故樁頂砼浮漿厚度較大，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，試樁樁帽加固需在鑿除試樁浮漿后進(jìn)行，加固高度1.00m（同預(yù)留筋長度），采用φ1250厚度10mm長度1.00m的鋼護(hù)筒，搭接處需焊接牢固。在1.00m內(nèi)設(shè)6道加勁筋（φ16@200），5層網(wǎng)片（φ16@200）。樁帽部分砼為C30。詳見試樁樁帽加固圖。
4、單樁水平靜載試驗(yàn)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行單樁水平靜載試驗(yàn)。試驗(yàn)采用兩根錨樁及反力梁（豎向試驗(yàn)用的次梁）提供反力，100T級(jí)千斤頂加載。加載方法由下列條件確定：當(dāng)僅測定單樁的水平承載力并推定地基土抗力系數(shù)的比例系數(shù)時(shí)建議采用單向多循環(huán)加載法；當(dāng)樁身埋設(shè)傳感器時(shí)可測量水平荷載作用下的樁身應(yīng)力并計(jì)算樁身彎矩時(shí)建議采用維持荷載法。設(shè)備安裝詳見水平靜載試驗(yàn)裝置圖。
5、檢測方法簡介
5.1單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)
5.1.1反力裝置
試驗(yàn)采用錨樁反力梁提供反力裝置。詳見 錨樁橫梁反力裝置安裝圖。
5.1.2試驗(yàn)現(xiàn)場
試驗(yàn)加載使用兩臺(tái)630T千斤頂逐級(jí)進(jìn)行，試樁樁頂沉降由四個(gè)大行程百分表量測，錨樁上拔量各由一個(gè)百分表進(jìn)行量測。
① 加荷方式采用慢速維持荷載法；
② 加荷采用分11級(jí)進(jìn)行，前10級(jí)加載增量為1000kN，第11級(jí)加載220KN，終止荷載10220kN；
③ 測讀沉降時(shí)間間隔：每級(jí)荷載加荷后隔5、10、15、15、15min各測讀一次沉降值，以后每隔30min測讀一次；
?、?沉降相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：每小時(shí)沉降量不超過0.1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次(從分級(jí)荷載施加后第30min開始，按1.5h連續(xù)三次每30min的沉降觀測值計(jì)算)。
?、?當(dāng)樁頂沉降速率達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，再施加下一級(jí)荷載；
?、?卸載時(shí)，每級(jí)荷載維持1h，按第15、30、60min測讀樁頂沉降后，即可卸下一級(jí)荷載。卸載至零后，應(yīng)測讀樁頂殘余沉降量，維持時(shí)間為3h，測讀時(shí)間為第15、30min，以后每隔30min測讀一次。
試驗(yàn)終止條件：當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一并經(jīng)工程負(fù)責(zé)人同意可終止加載:
a. 某級(jí)荷載下，樁的沉降量為前一級(jí)荷載作用下沉降量的5倍；
b. 某級(jí)荷載作用下，樁的沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的兩倍，且24小時(shí)內(nèi)尚未達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定；
c. 施加的荷載已達(dá)到10220KN。
壓力量測采用標(biāo)準(zhǔn)壓力表,試驗(yàn)前由國家認(rèn)可的質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局授權(quán)檢定，試樁的沉降由4個(gè)百分表進(jìn)行量測，試驗(yàn)前由國家認(rèn)可的質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局授權(quán)檢定。
單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)前，應(yīng)對(duì)試樁樁帽進(jìn)行加固。詳見樁帽加固圖。
5.1.3 試驗(yàn)結(jié)果
?、?確定單樁豎向抗壓承載力時(shí)，應(yīng)繪制豎向荷載～沉降（Q～S）、沉降～時(shí)間對(duì)數(shù)（S～lgt）曲線。
?、?對(duì)于陡降型Q～S曲線，取其發(fā)生明顯陡降的超始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載值為單樁豎向抗壓極限承載力Qu。
③ 取S～lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯向下彎曲的前一級(jí)荷載為Qu。
?、?在某級(jí)荷載下24小時(shí)尚未達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)取前一級(jí)荷載為Qu。⑤ 對(duì)于緩變型Q～S曲線可根據(jù)沉降量確定Qu，即S＝40mm 。
?、?當(dāng)豎向抗壓承載力未達(dá)到極限時(shí)，應(yīng)取最大試驗(yàn)荷載為Qu。
5.2 單樁水平靜載試驗(yàn)
5.2.1 設(shè)備安裝及現(xiàn)場試驗(yàn)
?、?nbsp; 水平力作用點(diǎn)與實(shí)際工程樁的樁基承臺(tái)底面標(biāo)高一致,千斤頂與試樁接觸處應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。
?、?在水平力作用平面的受檢樁兩側(cè)對(duì)稱安裝兩個(gè)百分表。在水平力作用平面以上50cm的受檢樁兩側(cè)對(duì)稱安裝兩個(gè)百分表，以測量樁頂轉(zhuǎn)角。
?、?基準(zhǔn)當(dāng)設(shè)置在與作用力方向垂直且與位移方向相反的試樁側(cè)面，基準(zhǔn)點(diǎn)與試樁凈距不小于1倍樁徑（1.25m）。
?、?當(dāng)采用慢速維持荷載法時(shí)，試驗(yàn)方法同豎向靜載試驗(yàn)。
?、?當(dāng)采用單向多循環(huán)加載法時(shí)，每級(jí)加載量為預(yù)估水平極限承載力或最大試驗(yàn)荷載的1/10，本工程按每級(jí)30KN計(jì)算。每級(jí)荷載施加后，恒載4min后測讀水平位移，然后卸載至零，停2min測讀殘余水平位移，至此完成一個(gè)加卸載循環(huán)。如此循環(huán)5次，完成一級(jí)荷載的位移觀測。
5.2.2 終止加載條件
當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可終止加載：
?、? 樁身折斷；
?、? 水平位移超過30-40mm（軟土取40mm）；
?、? 水平位移達(dá)到設(shè)計(jì)要求的水平位移允許值。
5.2.3試驗(yàn)結(jié)果
?、?采用慢速維持荷載法時(shí)繪制：水平力-力作用點(diǎn)位移（H－YO）關(guān)系曲線、水平力-位移梯度（H－⊿YO／⊿H）關(guān)系曲線、力作用點(diǎn)位移-時(shí)間對(duì)數(shù)（YO -lgt）關(guān)系曲線和水平力-力作用點(diǎn)位移雙對(duì)數(shù)（lg H -lg YO）關(guān)系曲線。
?、?當(dāng)采用單向多循環(huán)加載法時(shí)繪制：水平力-時(shí)間-作用點(diǎn)位移（H-t-YO）關(guān)系曲線、水平力-位移梯度（H-⊿YO／⊿H）關(guān)系曲線。
?、?按規(guī)范相關(guān)公式計(jì)算地基水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)。
?、? 單樁水平極限承載力確定：
a. 取單向多循環(huán)加載法時(shí)的H-t-YO曲線產(chǎn)生明顯陡降的前一級(jí)、或慢速維持荷載法量H-YO曲線發(fā)生明顯陡降的起始點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水平荷載值。
b. 取慢速維持荷載法時(shí)的YO –lgt曲線尾部出現(xiàn)明顯彎曲的前一級(jí)水平荷載值。
c. 取H-⊿YO／⊿H曲線或lg H -lg YO曲線上第二拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水平荷載值。
d. 取樁身折斷時(shí)的前一級(jí)水平荷載值。
5.3 低應(yīng)變動(dòng)力檢測方法技術(shù)
將樁頭平整處理后，在樁頂放置1只加速度傳感器，接收錘擊中產(chǎn)生的信號(hào)。低應(yīng)變檢測是以彈性波的入射和反射原理進(jìn)行。混凝土樁被看作一維的彈性桿件，當(dāng)敲擊樁頭時(shí)，施加的瞬態(tài)力產(chǎn)生一束應(yīng)力波，沿樁身向下傳播，當(dāng)遇到波阻抗變化界面時(shí)，波將產(chǎn)生反射和透射，通過在樁頂放置的加速度傳感器可以接收到波阻抗界面反射信號(hào)。根據(jù)應(yīng)力波反射規(guī)律，分析評(píng)價(jià)樁身完整性。
測試方法為，將樁頭平整處理后，在樁頂放置1只速度傳感器接收錘擊過程中產(chǎn)生的速度信號(hào)，經(jīng)過一系統(tǒng)轉(zhuǎn)化后，在屏幕上顯示實(shí)測波形，根據(jù)波形和波速判定樁身完整性。
6、檢測中執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)文件
6.1《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50202-2002)；
6.2《建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2003/ J 256-2003）；
6.3《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）；
6.4《場地巖土工程地質(zhì)勘察報(bào)告》；
6.5《試樁樁位平面圖》。
7、檢測設(shè)備
豎向靜載試驗(yàn)設(shè)備主要有：630T液壓千斤頂，型號(hào)QYL630二臺(tái)；0-50mm百分表8塊；基準(zhǔn)梁二根；用于錨樁組合鋼梁一套。用于試驗(yàn)的千斤頂和百分表均在有效的鑒定期內(nèi)。
水平靜載試驗(yàn)設(shè)備主要有：100T液壓千斤頂2臺(tái)，0-50mm百分表8塊，基準(zhǔn)梁二根，長度6.00m，為20號(hào)工字鋼。
低應(yīng)變動(dòng)力檢測儀器：采用美國PDT公司生產(chǎn)的PIT基樁動(dòng)測儀， 全套包括：
PIT Collector PIT數(shù)據(jù)采集儀主機(jī) 1臺(tái)
Accelerometer加速度計(jì) 1只
Non-Instrumented Hammer手錘 1個(gè)
Quick Charger快速充電器 1個(gè)
PIT數(shù)據(jù)傳輸及繪圖軟件
PLINK and PIT-PLOT Software 1套
8、技術(shù)質(zhì)量保證及安全生產(chǎn)管理措施
8.1 參加檢測人員需持質(zhì)監(jiān)部門頒發(fā)的檢測及觀測上崗證書，應(yīng)熟悉地基和樁基檢測的基本原理及相關(guān)理論，具有法定計(jì)量學(xué)的基本知識(shí)，能嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、分析程序、測試細(xì)則進(jìn)行各項(xiàng)檢測工作，確保檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。試驗(yàn)前和終止試驗(yàn)時(shí)須經(jīng)現(xiàn)場負(fù)責(zé)人檢查認(rèn)可后方可執(zhí)行。對(duì)檢測工作中出現(xiàn)的問題應(yīng)及時(shí)向總工匯報(bào)，并提出解決辦法。
現(xiàn)場檢測期間，應(yīng)遵守國家有關(guān)安全生產(chǎn)的規(guī)定，采取事前交底、過程中檢查、事后總結(jié)提高等措施。當(dāng)發(fā)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)異常時(shí)，應(yīng)查找原因，重新檢測。當(dāng)需要進(jìn)行驗(yàn)證或擴(kuò)大檢測時(shí)，應(yīng)得到有關(guān)方面的確認(rèn)。
8.2 技術(shù)成果審核
質(zhì)量管理人認(rèn)真檢查原始記錄的填寫是否合格和規(guī)范，并對(duì)報(bào)告進(jìn)行審定。檢測報(bào)告應(yīng)采用統(tǒng)一格式，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，結(jié)論正確。試驗(yàn)報(bào)告需經(jīng)審核人、審定人及總工程師分級(jí)審核批準(zhǔn)。
